DE4005334A1 - Greifeinrichtung - Google Patents
GreifeinrichtungInfo
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- B25J15/02—Gripping heads and other end effectors servo-actuated
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Greifeinrichtung mit
einem steuerbaren Motor, dessen Abtriebswelle die Schnecke
eines Schneckengetriebes antreibt, das eine Linearverschie
beeinheit betätigt, an der Greiferbacken befestigt sind,
und mit einer Federeinrichtung, die eine verschiebeweg
abhängige Greifkraft erzeugt.
Eine derartige Greifeinrichtung ist beispielsweise aus der
DE 36 06 874 A1 bekannt. Bei dieser bekannten Greifeinrich
tung ist der Motor in Schneckenlängsrichtung gegen die
Kraft der Federeinrichtung verschiebbar gelagert. Durch
diese Anordnung wird dann, wenn die Greiferbacken an dem
zu greifenden Objekt anliegen und somit das Schneckenrad
des Schneckengetriebes "blockiert" ist, der Motor aufgrund
der Drehung der Schnecke gegen die Vorspannungskraft ver
schoben, so daß sich eine einstellbare Greifkraft ergibt.
Insbesondere für feinwerktechnische Aufgaben, bei denen
sehr geringe Greifkräfte, die nur geringfügig größer als
0 N sind, vorgebbar sein sollen, ist die bekannte Greif
einrichtung jedoch nicht geeignet. Beispielsweise aufgrund
des Eigengewichts des Motors ergibt sich eine "minimale"
Greifkraft, die für manche feinwerktechnische Aufgaben
bereits zu groß sein kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Greifein
richtung anzugeben, bei der mit einer hohen Auflösung auch
sehr geringe Greifkräfte, die sich nur unwesentlich vom
Wert 0 N unterscheiden, vorgebbar sind.
Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit ihren
Weiterbildungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung geht zum einen von dem Grundgedanken aus,
die Erzeugung des Vorschubs von der Erzeugung der Greif
kraft zu trennen, und zum anderen, mit einer hohen Über
setzung zu arbeiten, so daß die vorgegebenen Greifkräfte
mit einer großen Auflösung eingestellt werden können.
Überraschenderweise läßt sich dieser erfindungsgemäße
Grundgedanke dadurch realisieren, daß von einer Greifein
richtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1
ausgegangen und diese gattungsgemäße Greifeinrichtung
durch die im kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale
weitergebildet wird:
Erfindungsgemäß weist das Schneckengetriebe zwei Schnek
kenräder auf, deren Drehachsen senkrecht auf der von den
Greiferbacken aufgespannten Ebene stehen. Hierdurch ist es
möglich, auch sehr große Schneckenräder in einer ver
gleichsweise kompakten Greifeinrichtung, wie sie typi
scherweise für feinwerktechnische Anwendungen benötigt
wird, unterzubringen. Diese großen Schneckenräder erlauben
in einfacher Weise die Realisierung der erfindungsgemäß
vorgesehenen hohen Übersetzung.
Des weiteren weist die Linearverschiebeeinheit für jeden
Greiferbacken eine Vorschubeinheit und eine davon getrenn
te Führungseinheit auf, an derem verschiebbaren Element
die jeweilige Greiferbacke gegen die Kraft der Federein
richtung beweglich angebracht ist.
Durch diese Trennung von Vorschub und Führung wird zum
einen die Genauigkeit bei der Positionierung der Greifer
backen erhöht, zum anderen ist es möglich, die Greiferbak
ke mit einer "geführten Nachgiebigkeit gegen Federkraft"
zu versehen. Hierdurch ist es möglich, die Greifkraft in
Abhängigkeit von der Verschiebung des jeweils die Greifer
backe haltenden Elements gegen die an dem zu greifenden
Objekt anliegende Greiferbacke sehr feinfühlig einzustel
len. Bei einer typischen Realisierung einer erfindungsge
mäßen Greifeinrichtung kann beispielsweise die Greifkraft
mit einer Genauigkeit von 0,001 N programmiert werden.
Eine Greifeinrichtung mit einem steuerbaren Motor, dessen
Abtriebswelle die Schnecke eines Schneckengetriebes an
treibt, das zwei Schneckenräder aufweist, deren Drehachsen
senkrecht auf der von den Greiferbacken aufgespannten
Ebene stehen, ist zwar bereits aus der "Zeitschrift für
wirtschaftliche Fertigung und Automation", Jahrgang 77,
1982, Seiten 75 bis 81 und insbesondere Bild 2 bekannt.
Bei dieser bekannten Greifeinrichtung ist aber weder eine
Federeinrichtung vorgesehen noch eine Trennung von Vor
schub und Führung angesprochen. Auch findet sich kein
Hinweis auf eine feinfühlige Einstellung der Greifkraft.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
Im Prinzip können für die Vorschubeinheit beliebige Linear-
Vorschubeinheiten, wie beispielsweise Gewindespindel/Mutter-
Systeme verwendet werden. Die im Anspruch 2 angegebene
Realisierung, bei der die Vorschubeinheit eine Zahnstangen/
Zahnrad-Einheit ist, ist jedoch aus einer Reihe von Grün
den bevorzugt:
Zum einen kann das Zahnrad, das die Zahnstange antreibt,
auf der gleichen Achse mit dem zugehörigen Schneckenrad
und damit sehr platzsparend angeordnet werden. Zum anderen
sind Zahnstangen/Zahnrad-Einheiten weniger aufwendig als
Spindel/ Mutter-Systeme, da beispielsweise die Notwendig
keit entfällt, die Zahnstange in Lagern zu lagern.
In jedem Falle ist es bevorzugt, wenn die Führungseinheit
eine verdrehgesicherte Längsführung aufweist (Anspruch 3),
da hierdurch die bereits angesprochene hohe Positionier
genauigkeit bei feinwerktechnischen Handhabungsproblemen
gewährleistet wird. Im Anspruch 4 ist eine bevorzugte Aus
führung für die verdrehgesicherte Längsführung als
Doppelprisma-Kugelkäfig-Längsführung angegeben.
Im Anspruch 5 ist eine bevorzugte Ausführungsform der
Federeinrichtung angegeben, die nach dem Anliegen der
Greiferbacken an das handzuhabende Werkstück durch weitere
Verschiebung des Schlittens bzw. des verschiebbaren Ele
ments der Linear-Vorschubeinheit die gewünschte vorgegebe
ne Greifkraft erzeugen. Die im Anspruch 5 gekennzeichnete
Verwendung von Druckfedern hat den Vorteil, daß ihre
Integration auch in kompakt eingelegte Greifeinrichtungen
problemlos möglich ist.
Durch die im Anspruch 6 angegebene zusätzliche Federein
richtung wird sichergestellt, daß die Linear-Vorschub
einheit kein Spiel aufweist.
Die im Anspruch 7 angegebene Weiterbildung, gemäß der das
Schneckenrad auf einer von der Motor-Abtriebswelle ge
trennten Welle angeordnet ist, die in Achsrichtung ver
spannt und mit der Motor-Abtriebswelle über eine in Achs
richtung elastische Kupplung verbunden ist, ist die Spiel
freiheit für das System Schnecke/Schneckenrad gewährlei
stet, ohne daß der Motor unnötig belastet würde.
Im Anspruch 8 ist eine einfache Realisierung der Verspan
nung der Schneckenrad-Welle angegeben.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung kann beispielsweise
ein Verschiebeweg der Linear-Vorschubeinheit von ca. 0,1 mm
pro Umdrehung des Motors realisiert werden.
Hierdurch ist es möglich, die gewünschte hohe Auflösung
der programmierbaren Greifkraft nicht nur durch einen lage
geregelten Gleichstrommotor (Anspruch 11), sondern auch
gemäß Anspruch 10 durch einen einfachen Schrittmotor zu
erzielen.
Durch die im Anspruch 12 angegebene Einstelleinrichtung
für das Gegenlager der Druckfeder läßt sich die Greifkraft
dem jeweiligen Problem noch genauer anpassen.
Da bei kleinen maximalen Greiferwegbereichen nicht der
gesamte Umfang der Schneckenräder genutzt wird, können
anstelle von "Schnecken-Vollräder" gemäß Anspruch 13 auch
Schneckenradsegmente verwendet werden, so daß sich eine
beträchtliche Gewichts- und Platzersparnis ergibt.
Zur Wahrung der Positioniergenauigkeit ist bei großen
Greifkraftbereichen ferner die Versteifung eines Backens
mittels einer Hülse anstelle einer Druckfeder möglich
(Anspruch 14).
In jedem Falle wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung
eine Greifeinrichtung geschaffen, bei der auch ohne Ver
wendung von Kraftsensoren bei vorgegebenen Werkstückab
messungen durch eine entsprechende Programmierung des
Antriebsmotors mit hoher Auflösung eine bestimmte Greif
kraft einstellbar ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs
beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher be
schrieben, in der zeigen:
Fig. 1 eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen
Greifereinrichtung,
Fig. 2 eine Ansicht von der Rückseite, und
Fig. 3 eine Seitenansicht der Greifereinrichtung.
Die erfindungsgemäße Greifereinrichtung weist in bekannter
Weise einen Flansch (1) auf, mit dem diese an einem Gegen
flansch (1′, siehe Fig. 2 bzw. 3) angebracht werden kann,
der beispielsweise wiederum an der letzten Handachse eines
- nicht dargestellten - Industrieroboters angebracht ist,
der die Greifereinrichtung wahlfrei positioniert. Die Aus
bildung des Flansches (1) und des Gegenflansches (1′) ist
für die erfindungsgemäße Funktion ohne weiteren Belang, so
daß sie im folgenden nicht näher beschrieben werden soll.
Ausdrücklich wird darauf hingewiesen, daß in der Zeichnung
lediglich eine exemplarische Ausgestaltung angegeben ist.
An dem Flansch (1) ist eine Motorhalterung (2) angebracht,
an der ein Motor (3), der beispielsweise ein lagegeregel
ter Gleichstrommotor oder ein Schrittmotor mit hoher
Schrittzahl - typischerweise 2000 Schritte - pro Umdrehung
sein kann, befestigt ist.
Die Abtriebswelle (4) des Motors ist über eine Kupplung
(5), die bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Fal
tenbalgkupplung ist, mit einer Antriebswelle (6) für eine
Schnecke (7) eines weiter unten noch erläuterten Schnek
kengetriebes verbunden. Die Antriebswelle (6) ist in zwei
Wälzlagern (8) bzw. (8′) gelagert, von denen das Lager
(8) durch einen Sicherungsring (9) gegen Verschiebungen in
Richtung der Achse gesichert ist. Das Lager (8′) ist
dagegen durch eine Tellerfeder (10), die an einer fest
eingespannten Lagerscheibe (11) anliegt, in Achsrichtung
vorgespannt.
Die Schnecke (7) treibt zwei Schneckenräder (12 bzw. 12′)
an, deren Drehachsen senkrecht auf der von den Greifer
backen aufgespannten Ebene stehen.
Hierdurch ist es möglich, einen großen Durchmesser der
Schneckenräder (12) bzw. (12′) zu wählen, so daß ein
Großteil der Untersetzung durch das Schneckengetriebe
bereitgestellt wird.
Die Verwendung einer in Achsrichtung flexiblen Kupplung
(5) hat eine Reihe von Vorteilen:
Zum einen ermöglicht es die Verwendung einer Kupplung, die
großen Schneckenräder (12) mit der von der kurzen Motor
welle (4) angetriebenen Schnecke (7) in Eingriff zu
bringen.
Zum anderen wird durch die verspannte Lagerung der Schnek
kenwelle (6) das Axialspiel dieser Welle beseitigt. Ferner
erlaubt die Kupplung (5) den Ausgleich eines fertigungs
technisch bedingten Ersatzes zwischen Motor- und Schnecken
antriebswelle.
Anders ausgedrückt ermöglicht die Kupplung (5) bei Spiel
freiheit in Umfangsrichtung einen Ausgleich von axialem,
lateralem und angularem Wellenversatz.
Die Lagerung der Schnecken-Antriebswelle (6) in Wälzlagern
(8) bzw. (8′) ist durch die hohen Drehzahlen des Motors
(3) bedingt, die sich durch die hohe Untersetzung einer
seits und die Forderung nach kurzen Greiferöffnungs- und
Schließzeiten andererseits ergeben.
Die durch die Tellerfeder (10) erreichte axiale Verspan
nung beseitigt das bei Lagern dieser Form übliche Spiel.
Die Schneckenräder (12) bzw. (12′) sind mittels Spann
stiften (13) auf jeweils einer Schneckenrad-Welle (14)
befestigt, die in einer Gleitlagerbuchse (15) drehbar
gelagert ist. Auf der Welle (14) ist ferner mittels eines
Spannstifts (16) ein schrägverzahntes Stirnzahnrad (17) be
festigt, das mit einer Zahnstange (18) kämmt. Die Zahn
stangen (18) sind jeweils am Schlitten (19) befestigt, die
in einer Doppelprisma-Längsführung (20) mittels Kugelkäfig-
Führungen (21) verschiebbar gelagert sind. An dem Schlit
ten (19) ist mittels Führungsbolzen (23) bzw. (23′) ein
Fingerhalter (24, 24′) für die Greiferbacken (25 bzw. 25′)
befestigt. Die Fingerhalter (24) sind dabei auf dem Füh
rungsbolzen (23) gegen die Kraft von Druckfedern (26 bzw.
26′) verschiebbar. Die einerseits an dem Fingerhalter und
andererseits an einem Element des Schlittens (19) anliegen.
Ferner sind an den beiden Schlitten die Enden einer Zugfe
der (26) eingehängt.
Die beschriebene Greifeinrichtung arbeitet wie folgt: Zum
Greifen eines Werkstücks werden zunächst die Greiferbacken
25 bzw. 25′ soweit geschlossen, daß diese an dem (nicht
dargestellten) Werkstück anliegen.
Durch eine weitere definierte Umdrehung des Motors wird
der Schlitten 19 gegen die Greiferbacken 25 um eine be
stimmte Strecke verschoben, der über die Druckfeder ein
deutig eine bestimmte Greifkraft zugeordnet ist.
Da durch den gesamten Aufbau der erfindungsgemäßen Greif
einrichtung Spielfreiheit gewährleistet ist, kann einer
bestimmten Stellung der Greiferbacken immer eine bestimmte
Greifkraft eindeutig zugeordnet werden.
Damit ist es möglich auf Sensoren etc., die gegebenenfalls
die Greifkraft erfassen würden, zu verzichten. Selbstver
ständlich ist es aber auch möglich, derartige Sensoren
vorzusehen.
Die Erfindung ist vorstehend anhand eines Ausführungsbei
spiels ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedan
kens näher beschrieben worden, innerhalb dessen selbstver
ständlich die verschiedensten Modifikationen möglich sind:
So kann selbstverständlich die Ausbildung der Greiferfin
ger beliebig sein. Insbesondere können an dem Schlitten
wechselbare Greiferfinger angebracht sein, die die An
passung an die unterschiedlichen Handhabungsaufgaben er
lauben.
Ferner können auch bei kleinen maximalen Greiferwegbe
reichen anstelle von "Schnecken-Vollräder" Schneckenrad
segmente verwendet werden, so daß sich eine beträchtliche
Gewichts- und Platzersparnis ergibt.
Claims (14)
1. Greifeinrichtung mit einem steuerbaren Motor, dessen
Abtriebswelle die Schnecke eines Schneckengetriebes an
treibt, das eine Linearverschiebeeinheit betätigt, an der
Greiferbacken befestigt sind, und mit einer Federeinrich
tung, die eine bestimmte Greifkraft erzeugt,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- - das Scheckengetriebe weist zwei Schneckenräder auf, deren Drehachsen senkrecht auf der von den Greiferbacken aufgespannten Ebene stehen,
- - die Linearverschiebeeinheit weist für jeden Greiferbak ken eine Vorschubeinheit und eine davon getrennte Füh rungseinheit auf, an derem verschiebbaren Element die jeweilige Greiferbacke gegen die Kraft der Federeinrich tung beweglich angebracht ist.
2. Greifeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubeinheit eine Zahn
stangen/Zahnrad-Einheit ist, deren Zahnstange mit dem
verschiebbaren Element mit dem verschiebbaren Element der
Führungseinheit verbunden ist, und deren Zahnrad auf der
Welle des jeweiligen Schneckenrades angeordnet ist.
3. Greifeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinheit eine ver
drehgesicherte Längsführung aufweist.
4. Greifeinrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die verdrehgesicherte Längs
führung eine Doppelprisma-Kugelkäfig-Längsführung ist.
5. Greifeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtung zwei
Druckfedern aufweist, von denen jede einen Greiferbacken
in Richtung auf die Schließstellung beaufschlagt.
6. Greifeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtung eine
Zugfeder aufweist, deren Enden an den Greiferbacken befe
stigt sind.
7. Greifeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das Schneckenrad auf einer von
der Motor-Abtriebswelle getrennten Welle angeordnet ist,
die in Achsrichtung verspannt und mit der Motor-Abtriebs
welle über eine in Achsrichtung elastische Kupplung ver
bunden ist.
8. Greifeinrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckenrad-Welle in
Wälzlagern gelagert ist, von denen eines mittels einer
Tellerfeder vorgespannt ist.
9. Greifeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß der Verschiebeweg der Zahn
stange ca. 0,1 mm pro Umdrehung des Motors beträgt.
10. Greifeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ein Schrittmotor
ist.
11. Greifeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ein lagegeregelter
Gleichstrommotor ist.
12. Greifeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Einstelleinrichtung für
das Gegenlager der Druckfedern vorgesehen ist.
13. Greifeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß Schneckenradsegmente als
Schneckenräder dienen.
14. Greifeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Versteifung eines Backens
die Federeinrichtung eine Hülse aufweist.
Priority Applications (1)
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DE4005334A DE4005334C2 (de) | 1989-02-20 | 1990-02-20 | Greifeinrichtung |
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ID=6374517
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DE4005334A Expired - Fee Related DE4005334C2 (de) | 1989-02-20 | 1990-02-20 | Greifeinrichtung |
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